МР-спектроскопия при раке простаты

Прошлое магнитно-резонансной спектроскопии уходит корнями к истории открытия явления ядерно-магнитного резонанса, когда было обнаружено, что резонансная частота протонов меняется на некоторую величину в зависимости от их химического окружения и остается постоянной у конкретных химических соединений при данной напряженности магнитного поля. Эту величину договорились называть химическим сдвигом. На химическом сдвиге резонансной частоты было построено изучение биохимических моделей различных патологических процессов сначала in vitro, а затем и in vivo. Целью исследования является получение метаболического профиля или спектра, в котором каждое химическое соединение представлено пиком.

При исследовании простаты в основном используют протонную и фосфорную спектроскопии. То есть исследуется химический сдвиг ядер водорода (протоны) и ядер фосфора в зависимости от тех химических соединений, в которых они находятся. Необходимым условием для возможности проведения МР-спектроскопии in vivo является высокая напряженность магнитного поля. Для водородной спектроскопии минимальная возможная напряженность магнитного поля — 1 Тл, для фосфорной — 1,5 Тл. При такой напряженности магнитного поля количество химических соединений, способных дать отличный друг от друга пик в спектре, достаточно ограничен.

Основными метаболитами простаты, выявляемыми при протонной МР-спектроскопии, являются пики цитрата, креатина и холина. Основными метаболитами, выявляемыми при использовании МР-магнитно-резонансной спектроскопии, являются: фосфокреатин, фосфомоноэфир, аденозинтрифосфат.

В настоящее время в клинических исследованиях используется несколько модификаций метода МР-спектроскопии: одновоксельная спектроскопия, многовоксельная 2D спектроскопия, и объемная или 3D-спектроскопия.

Одновоксельная спектроскопия представляет собой метаболический профиль или спектр химических соединений в одном произвольно выбранном вокселе ткани. Получение этого спектра обычно не требует много времени.

Многовоксельная спектроскопия подразумевает получение нескольких спектров в профиле анатомического среза органа, полученного тем же самым методом (МР-томографией). На этом методе основано построение биохимических карт, отражающих концентрацию интересующего метаболита в каждом вокселе данного конкретного среза органа. Эта более трудоемкая методика занимает больше времени, не говоря уже о сложности программного обеспечения.

И третий, самый современный вид методики – многовоксельная трехмерная спектроскопия подразумевает получения метаболических спектров от всего органа в целом. Принимая во внимание небольшие размеры простаты по сравнению с мозгом можно рассчитывать на практическое использование этой методики, но даже с самым современным программным обеспечением время исследования составляет около 1 часа.

Основным метаболитом нормальной простаты является цитрат, входящий в состав секрета железы. Максимальное количество цитрата содержится в ее периферической зоне – 30,9 ± 8,5 мкмоль/г. Общее содержание цитрата в нормальной простате составляет 4—6 мкмоль/г. В опухолевой клетке содержание цитрата падает, что объясняется искажением метаболизма в опухолевой клетке, а именно, синтез цитрата сменяется его окислением. 

По данным разных авторов концентрация цитрата при раке простаты колеблется от 1-2 мкмоль/г до 3,74 мкмоль/г, тогда как в нормальной простате общее содержание цитрата составляет 4-6 мкмоль/г.

Содержание креатина и креатинфосфата, которые в здоровой клетке используются в энергообмене, при злокачественных процессах уменьшается. Это связано со снижением общего уровня АТФ в опухолевой клетке, так как эффективность анаэробного гликолиза – основного процесса синтеза энергии в опухолевой клетке – ниже, чем окисления цитрата в цикле Кребса.

Также, в опухолевой клетке резко нарастает содержание веществ, участвующих в синтезе липидов, которые идут на построение мембран. К веществам, участвующим в синтезе липидов, относятся холин, инозит, фосфолипиды. В опухолевых клетках увеличен синтез белков, необходимых для построения цитоплазмы, поэтому наблюдается увеличение содержания многих аминокислот, в том числе аланина и глутамата (Hahn Р., 1997).

Считается, что отсутствие или резкое снижение содержания цитрата в ткани простаты патогномонично для аденокарциномы, хотя для диагностики РП гораздо чаще пользуются отношением холин + креатин / цитрат или цитрат / холин + креатин. При раке простаты выявляются более высокие значения отношения холи + креатин / цитрат, чем в нормальной периферической зоне. Превышение этого соотношения более 0,75 или двукратное уменьшение пика цитрата по сравнению с нормой характеризуется высокой предсказательной ценностью (75%) и высокой специфичностью (84%) в отношении рака предстательной железы (РП). Показатели чувствительности и предсказательной ценности отрицательного результата составляют, соответственно, 71% и 81%.

Значения отношения цитрат / холин + креатин в опухолевой ткани (0,67 ± 0,17) соответственно ниже, чем в здоровой периферической зоне (1,46 ± 0,28). При использовании поверхностной катушки были получены достоверные различия в значении цитрат / холин + креатин между раком (0,446 ± 0,063) и здоровой центральной зоной, хотя между раком и доброкачественной стромальной гиперплазией железы достоверных отличий получено не было.

Совмещение многовоксельной спектроскопии со стандартными Т2-взвешенными изображениями способно не только улучшить выявляемость РП, но и получить пространственную информацию о локализации рака.

Благодаря комбинации эндоректальной МРТ и МР-спектроскопии можно повысить чувствительность и специфичность в определении рака до 95 и 91% соответственно. Но применение МР- спектроскопии не повлияло на чувствительность и специфичность МРТ в определении экстракапсулярной экстензии опухоли.

При сравнении информативности МРТ, МР-спектроскопии и секстантной биопсии в выявлении рака простаты было обнаружено, что первые два метода имели более высокую чувствительность и специфичность при локализации опухоли в верхушке простаты по сравнению с секстантной биопсией. Говоря о многовоксельной спектроскопии, особое внимание следует уделять анализу спектров от медиальных отделов периферической зоны железы. Для вокселов, включающих семявыбрасывающие протоки, характерно такое же высокое содержание холина, как и для рака, вследствие высокой концентрации глицерофосфохолина в семенной жидкости.

Причинами низкоинтенсивных сигналов, помимо рака, могут быть постбиопсийные гематомы, простатит, доброкачественная гиперплазия, дисплазия. Поэтому некоторые исследователи предлагают использовать отношение холин + креатин / цитрат для дифференциальной диагностики низкоинтенсивных сигналов. Они показали, что в результате добавления к МРТ трехмерной протонной спектроскопии можно добиться значительного увеличения точности (с 52 до 75%) и специфичности (с 26 до 66%) в выявлении опухоли в зоне постбиопсийных кровоизлияний.

С помощью МРС можно не только выявить рак и определить его локализацию, но и предсказать степень дифференцировки опухоли по Глисону. При резком увеличении на спектре пика холина выявляют 7-8 степень, а при умеренном увеличении – 4-5 степень дифференцировки.

Предпринимались попытки использования МР-спектроскопии не только для первичной диагностики опухоли, но также и для диагностики рецидива после простатэктомии, гормональной или лучевой терапии. На степень регресса опухолевого процесса также указывает отношение пиков холина и креатина к цитрату.